Gadolinium, element 64 i det periodiska systemet.
Lantanid i det periodiska systemet är en stor familj, och deras kemiska egenskaper är mycket lika varandra, så det är svårt att skilja dem åt. År 1789 erhöll den finske kemisten John Gadolin en metalloxid och upptäckte den första sällsynta jordartsmetalloxiden -Yttrium(III)oxidgenom analys, öppnar upptäcktshistorien för sällsynta jordartsmetaller. År 1880 upptäckte den svenske forskaren Demerak två nya grundämnen, varav ett senare bekräftades varasamarium, och det andra identifierades officiellt som ett nytt grundämne, gadolinium, efter att ha renats av den franska kemisten Debuwa Bodeland.
Gadoliniumelementet kommer från kiselberylliumgadoliniummalm, som är billigt, mjukt i konsistensen, bra i formbarhet, magnetiskt vid rumstemperatur och är ett relativt aktivt sällsynt jordartsmetallelement. Den är relativt stabil i torr luft, men tappar sin lyster i fuktighet och bildar lösa och lätt lösgörande flingor som vita oxider. När den bränns i luft kan den generera vita oxider. Gadolinium reagerar långsamt med vatten och kan lösas upp i syra och bilda färglösa salter. Dess kemiska egenskaper är mycket lika andra lantanider, men dess optiska och magnetiska egenskaper är något annorlunda. Gadolinium är paramagnetism vid rumstemperatur och ferromagnetisk efter kylning. Dess egenskaper kan användas för att förbättra permanentmagneter.
Med hjälp av paramagnetismen hos gadolinium har det producerade gadoliniummedlet blivit ett bra kontrastmedel för NMR. Självforskningen av kärnmagnetisk resonanstomografi har inletts, och det har delats ut 6 Nobelpriser relaterade till det. Kärnmagnetisk resonans orsakas huvudsakligen av atomkärnors spinnrörelse, och olika atomkärnors spinnrörelser varierar. Baserat på de elektromagnetiska vågorna som emitteras av olika dämpning i olika strukturella miljöer, kan positionen och typen av atomkärnor som utgör detta objekt bestämmas och den interna strukturella bilden av objektet kan ritas. Under inverkan av ett magnetfält kommer signalen från kärnmagnetisk resonansavbildningsteknik från spinn av vissa atomkärnor, såsom vätekärnor i vatten. Dessa spinnkapabla kärnor värms dock upp i RF-fältet av magnetisk resonans, liknande en mikrovågsugn, vilket vanligtvis försvagar signalen från magnetisk resonansbildteknik. Gadoliniumjonen har inte bara ett mycket starkt magnetiskt spin-moment, vilket hjälper atomkärnan att snurra, förbättrar sannolikheten för igenkänning av sjuk vävnad, utan håller också mirakulöst sval. Gadolinium har dock en viss toxicitet, och inom medicin används kelatbildande ligander för att kapsla in gadoliniumjoner för att hindra dem från att komma in i mänsklig vävnad.
Gadolinium har en stark magnetokalorisk effekt vid rumstemperatur, och dess temperatur varierar med magnetfältets intensitet, vilket ger upphov till en intressant applikation - magnetisk kylning. Under kylprocessen, på grund av orienteringen av den magnetiska dipolen, kommer det magnetiska materialet att värmas upp under ett visst externt magnetfält. När magnetfältet avlägsnas och isoleras sjunker materialtemperaturen. Denna typ av magnetisk kylning kan minska användningen av köldmedier som Freon och kyla ner snabbt. För närvarande försöker världen utveckla tillämpningen av gadolinium och dess legeringar inom detta område, och producera en liten och effektiv magnetisk kylare. Under användning av gadolinium kan ultralåga temperaturer uppnås, så gadolinium är också känt som den "kallaste metallen i världen".
Gadoliniumisotoperna Gd-155 och Gd-157 har det största tvärsnittet för absorption av termiska neutroner bland alla naturliga isotoper och kan använda en liten mängd gadolinium för att kontrollera den normala driften av kärnreaktorer. Således föddes gadoliniumbaserade lättvattenreaktorer och gadoliniumkontrollstav, vilket kan förbättra säkerheten för kärnreaktorer samtidigt som kostnaderna minskar.
Gadolinium har också utmärkta optiska egenskaper och kan användas för att göra optiska isolatorer, liknande dioder i kretsar, även kända som lysdioder. Denna typ av lysdiod tillåter inte bara ljus att passera i en riktning, utan blockerar också reflektionen av ekon i den optiska fibern, vilket säkerställer renheten hos optisk signalöverföring och förbättrar ljusvågornas överföringseffektivitet. Gadolinium gallium granat är ett av de bästa substratmaterialen för att göra optiska isolatorer.
Posttid: 2023-06-06